UPS的性能分類與標準化UPS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　性能分類代碼VI-SX-122表示UPS輸出電壓與市電電源電壓無關(guān)，但輸出頻率與市電頻率有關(guān)。

　　這種UPS技術(shù)就是市電交互UPS。其輸出電壓可以調(diào)節(jié)到某個極限內(nèi)，可以認為UPS 輸出與市電電壓無關(guān)，但輸出頻率取決于市電頻率。這種UPS在正常方式下不需要直流中間環(huán)節(jié)。這種UPS在工作方式轉(zhuǎn)換時不能滿足1類輸出動態(tài)性能的要求，只能滿足輸出2類動態(tài)性能（圖2）的要求。

　　2.1.3、VFD-SY-333，冷備用UPS

　　性能分類代碼VFD-SY-333表示UPS輸出電壓和頻率取決于市電電源電壓和頻率。在正常方式下，市電電源的各種干擾都會影響到負載。這種UPS技術(shù)就是冷備用UPS。這種UPS在市電故障時，啟動逆變器，負載由機械開關(guān)轉(zhuǎn)換到逆變器供電，轉(zhuǎn)換時間大約4～8ms。因此，只能滿足3類輸出動態(tài)性能（圖3）的要求。

　　VFI-SS-111，VI-SX-222，VFD-SY-333對應(yīng)的單機UPS系統(tǒng)及其特點如表1 所示。

　　
表1 IEC 62040規(guī)定的UPS分類與其對應(yīng)UPS 系統(tǒng)

　　下面簡單介紹這三種標準化單機UPS的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及特點。

　　2.2 冷備用UPS （passive standby UPS）

　　冷備用UPS如圖4所示。這種UPS 有正常和儲能兩種工作方式。

　　在正常工作方式下，負載由市電電源經(jīng)UPS開關(guān)直接供電。也可以采用一些附加設(shè)備（例如鐵磁諧振變壓器或自動改變抽頭的變壓器）對輸入電源進行簡單的調(diào)節(jié)后為負載供電。整流器給蓄電池充電。

　　當交流輸入

電源指標超出UPS的預(yù)定允差時， UPS轉(zhuǎn)入儲能工作方式，啟動逆變器，負載由蓄電池經(jīng)逆變器直接或通過UPS開關(guān)（電子開關(guān)或機械開關(guān)）供電。從市電供電向蓄電池供電的轉(zhuǎn)換過程將引起4～8ms 的中斷時間。

　　蓄電池/逆變器組合將一直為負載供電到蓄電池放電終止?；蛘吖╇姷浇涣鬏斎腚娫椿謴?fù)，負載轉(zhuǎn)換回由輸入交流電源供電。（以先到者為準）

　　這種UPS是最簡單、最經(jīng)濟的UPS。

　　但是有一些嚴重的缺點，（1）負載沒有與市電電源的干擾隔離。（2）市電停電時負載轉(zhuǎn)換為由逆變器供電的過程中供電中斷時間較長，對許多重要的應(yīng)用場合（特別是IT系統(tǒng)）是不適合的。（3）在正常工作方式下輸出電壓和頻率沒有調(diào)節(jié)，取決于市電的電壓和頻率。

　　因此這種UPS僅適用于小容量系統(tǒng)。

　　
圖4 冷備用UPS

　　2.3 市電交互UPS （line interactive UPS）

　　2.3.1 典型的市電交互UPS

　　市電交互UPS如圖5所示，系統(tǒng)由電源接口電路、逆變器、蓄電池、UPS開關(guān)等所組成。接口電路包括靜態(tài)開關(guān)和電感（扼流圈）。逆變器是雙向變換器，即有市電時將市電交流電整流為直流電給蓄電池充電；市電停電時將蓄電池的直流電逆變?yōu)榻涣麟姙樨撦d供電。

　　市電交互UPS有三種工作方式：正常方式、儲能方式和旁路方式。

　　在正常方式下，交流輸入電源（市電）與逆變器并聯(lián)、相互作用向負載供電，逆變器進行輸出電壓的調(diào)節(jié)，交流輸入電源（市電）供給負載電流，并給蓄電池充電。系統(tǒng)輸出頻率等于交流輸入電源的頻率。因為逆變器的輸出頻率必須與市電頻率相同，才能通過控制逆變器與市電之間的相位角，使兩者相互作用，向負載提供穩(wěn)定的電源，并實現(xiàn)對蓄電池的充電。因此，稱為市電交互UPS。

　　當交流輸入電源電壓超出UPS預(yù)定的允差時，UPS工作在儲能方式。

　　在儲能方式下，負載由蓄電池通過逆變器繼續(xù)為負載供電。此時電源接口電路中的靜態(tài)開關(guān)斷開，以防止逆變器電源反饋到市電電源。蓄電池/逆變器組合一直為負載供電到蓄電池放電終止?；蛘吖╇姷浇涣鬏斎腚娫椿謴?fù)，負載轉(zhuǎn)換回由輸入交流電源供電。

　　旁路方式是指在UPS故障或過載時，負載切換到由旁路電源供電。

　　市電交互UPS的優(yōu)點是成本較低，提供了輸出電壓的調(diào)節(jié)。

　　市電交互UPS的缺點：（1）負載沒有與市電電源的干擾真正的隔離。（2）不能進行輸出頻率的控制，輸出頻率取決于市電頻率。（3）輸出電壓調(diào)節(jié)性能一般，因為輸出電壓的調(diào)節(jié)是通過市電與逆變器并聯(lián)完成的。

　　
圖5 市電交互UPS

　　2.3.2 Delta 變換UPS（Delta conversion UPS）

　　Delta 變換UPS是20世紀90年代研制開發(fā)的一種性能優(yōu)良的，在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和電能變換上引入了新的概念，在某些技術(shù)性能指標上獲得了突破性進展的UPS。該項技術(shù)至今在國際上仍有爭議，IEC62040 也沒有明確規(guī)定Delta 變換UPS。

　　根據(jù)國際標準IEC62040-3關(guān)于UPS性能分類的規(guī)定，國際上UPS 行業(yè)多數(shù)意見認為Delta 變換UPS屬于市電交互UPS，或者是市電交互UPS的一種變形，因為其輸出頻率取決于市電電源的頻率，性能分類代碼為VI。 Delta 變換UPS的系統(tǒng)組成如圖6所示，包括兩個逆變器、交流輸入開關(guān)、Delta 變壓器和旁路開關(guān)等。其中一個逆變器稱為Delta 逆變器，另一個稱為主逆變器。Delta 逆變器的額定容量為負載容量的30%，主逆變器的額定容量為負載容量的100%。Delta 變壓器的原邊繞組串聯(lián)接在市電和UPS 輸出之間。Delta 逆變器和主逆變器都是雙向變換器，它們可以將交流電變?yōu)橹绷麟?，同時有可以將直流電變?yōu)榻涣麟姟?/P>

　　主逆變器是恒壓源，它精確控制功率平衡點（PBP）的電壓大小和電壓波形。因此在Delta 變壓器的原邊繞組兩端的電壓等于市電交流輸入電壓和功率平衡點上的固定電壓的差值。Delta 變壓器原邊繞組的電壓控制副邊繞組的電壓。

　　Delta逆變器是可變電流源。Delta 變壓器 邊繞組的電流取決于Delta逆變器輸出電流。Delta 變壓器 邊電流是由副邊電流調(diào)節(jié)的。原邊電流的波形還取決于副邊電流的波形。

　　Delta 逆變器的作用是在Delta變壓器副邊繞組中產(chǎn)生適當?shù)碾娏?，以控制市電輸入到原邊繞組的電流。Delta 逆變器還可以控制市電輸入電流波形，使之為正弦波且與電壓同相位，因此可以將輸入功率因數(shù)控制到接近1。負載電流中的諧波電流由主逆變器供給。

　　Delta 變換UPS 的工作方式如下：

　?。?）在正常情況下（市電電壓的變化在額定電壓的±15%以內(nèi)）負載由市電經(jīng)Delta 變壓器的原邊繞組供電，主逆變器將PBP平衡點的電壓控制到額定電壓。根據(jù)市電電壓變化范圍，有下面三種不同的情況。

　　A．當市電電壓等于PBP處的電壓時，Delta 變壓器的原邊和副邊繞組電壓均等于零，無任何功率變換。

　　B．市電電壓低于PBP的電壓時（例如-15%），Delta 變換UPS從系統(tǒng)輸出端吸取一定的功率經(jīng)主逆變器、Delta 逆變器進行整流、逆變兩次變換，以控制Delta 變壓器的副邊繞組的電流，使從市電輸入的電流增大，以滿足負載的功率需求。在這種情況下Delta 變壓器的原副邊都有電壓和電流，因此有功率變換。這個變換是從副邊至原邊的變換。

　　
圖6 Delta 變換UPS

　　C．市電電壓高于PBP的電壓時（例如+15%），為了保持功率平衡，Delta 逆變器應(yīng)減小輸入電流。但是負載經(jīng)PBP從市電得到的功率不能滿足負載需要。Delta 變換UPS從Delta 變壓器吸取一定的功率經(jīng)Delta 逆變器、主逆變器進行整流、逆變兩次變換，最后經(jīng)PBP供給負載。由直接市電供給的功率和經(jīng)變換后供給負載的功率正好滿足負載的需要。在這種情況下Delta 變壓器的原副邊都有電壓和電流，因此有功率變換。這個變換是從原邊至副原邊的變換。

　　蓄電池充電的情況：市電電壓在±15%范圍內(nèi)變化時，都可以給蓄電池充電。控制方法如下：A. 市電電壓等于或低于PBP點的電壓時，控制Delta變壓器副邊電流，使從市電吸取的、送到PBP的電流比負載需要的大，多余的電流即通